¿Pueden las baterías de estado sólido quemar baterías de litio?

En los últimos días, las baterías de estado sólido se han convertido en un tema candente en la industria de las baterías. La fuente es que hace unos días, la empresa estadounidense Fisker Motors lanzó una nueva tecnología de batería: batería de estado sólido, que se dice que aumenta el kilometraje de los usuarios de automóviles eléctricos a 500 millas (aproximadamente 804 km) o más, el tiempo de carga es de solo 1 minuto. Incluso existe la opinión de que las baterías de estado sólido pueden "terminar segundos" con las baterías de litio. Las compañías automotrices multinacionales son cada vez más rápidas en el campo de las baterías de estado sólido. Esta no es la primera noticia sobre el desarrollo de baterías de estado sólido.

¿Hasta qué punto se desarrolla ahora la batería de estado sólido? ¿Es el desempeño como tal en el mundo exterior tan superior? ¿Qué tan lejos está de la comercialización? Al respecto, el reportero entrevistó a expertos relevantes para comprender:

Dos características distintivas de las baterías de estado sólido

Primero, la densidad de energía es aproximadamente de 2,5 a 3 veces mayor que la de una batería de litio convencional;

En segundo lugar, es más seguro y elimina el peligro de quemaduras causado por accidentes como la ruptura de la batería o la alta temperatura.

Dos dificultades en las baterías de estado sólido

Uno es el problema del propio material electrolítico;

El segundo es la regulación y optimización del rendimiento de la interfaz. Desde el punto de vista actual, su camino de comercialización aún es muy largo.

Resultados de baterías de estado sólido extrañas con frecuencia

Recientemente, una serie de nuevas tendencias en baterías de estado sólido han atraído la atención de la industria. Según informes de medios extranjeros, Fisker ha solicitado una patente de batería de estado sólido y se espera que logre la producción en masa en 2023. Fisker afirma que la batería de estado sólido de Fisker utiliza un electrodo tridimensional con una densidad de energía 2,5 veces mayor que la de una batería convencional. batería de iones de litio.

Fisker no solo expone las novedades sobre baterías de estado sólido, sino que muchas empresas y organizaciones de todo el mundo también han lanzado los últimos desarrollos en baterías de estado sólido. Según el "Mercado mundial de baterías de estado sólido 2017 ~ 2021", en la actualidad, Toyota, Panasonic, Samsung, Mitsubishi, BMW, Hyundai, Dyson y otras empresas están intensificando el desarrollo de baterías de reserva de estado sólido. Bolloré de Francia, Sakti3 de Estados Unidos y Toyota de Japón representan la dirección de desarrollo técnico de los tres electrolitos sólidos de polímeros, óxidos y sulfuros, respectivamente. Además, hay informes que muestran:

1. La empresa francesa Borole ha invertido 2.900 vehículos eléctricos equipados con baterías metálicas de polímero de litio (LMP) de 30kWh producidas por su filial Batscap;

En segundo lugar, Toyota desarrolló una batería de iones de litio de estado sólido con una densidad de energía de 400Wh / L. Los investigadores de Toyota dijeron que la batería se comercializará alrededor de 2020;

En tercer lugar, la densidad de energía de la batería de estado sólido más reciente de Panasonic se ha incrementado de 3 a 4 veces; Honda e Hitachi Shipbuilding han establecido una batería de clase Ah, que se espera que se produzca en masa en tres años.

Para la investigación y el desarrollo, algunas empresas extranjeras se han desarrollado de forma independiente en el campo de las baterías de estado sólido, mientras que otras han optado por la investigación y el desarrollo conjuntos. Por ejemplo, Volkswagen está relativamente atrasado en el desarrollo de baterías de estado sólido, pero está preparado para desarrollarlas por su cuenta. No hace mucho, Toyota anunció que ha cooperado con Matsushita para desarrollar baterías de estado sólido. Unos días después, BMW anunció que ha cooperado con SolidPower para desarrollar baterías de litio de estado sólido. Bosch y la famosa empresa japonesa GSYUASA (Tangshhao) Battery Company y Mitsubishi Heavy Industries han establecido conjuntamente una nueva fábrica, que se centra en las baterías de iones de litio de ánodo de estado sólido.

Investigación y desarrollo de baterías de estado sólido reforzadas a nivel nacional

En China, la Academia de Ciencias de China (en lo sucesivo, "Academia de Ciencias de China") tiene un diseño relativamente temprano de baterías de estado sólido. Actualmente, cinco equipos de I + D han realizado diferentes progresos.

1. El equipo de Guo Yuguo del Instituto de Química de la Academia de Ciencias de China desarrolló un electrolito sólido de polímero de poliéter-acrilato con una resistencia a la oxidación de 4,5 voltios.

2. El equipo de Xu Xiaoxiong del Instituto de Materiales de Ningbo de la Academia de Ciencias de China desarrolló óxidos, materiales electrolíticos sólidos de sulfuro, láminas de cerámica y baterías totalmente de estado sólido, y trató de industrializarse con la empresa. En la actualidad, el equipo ha tomado la iniciativa en el desarrollo de una serie de celdas individuales de estado sólido con una capacidad de 0,2 Ah ~ 10 Ah. La densidad de energía de las celdas individuales de estado sólido de 10 Ah alcanza los 260 Wh / kg y la tasa de retención de capacidad de 1000 ciclos es del 88%.

3. Cui Guanglei del Instituto de Bioenergía de Qingdao de la Academia de Ciencias de China desarrolló un electrolito sólido de carbonato de polipropileno, celulosa, óxido de litio, lantano y circonio. La densidad de energía de la batería desarrollada alcanzó los 300Wh / kg y completó las profundidades marinas por primera vez en la prueba de la Fosa de las Marianas.

4. Guo Xiangxin, equipo del Instituto de Cerámica de Shanghai, Academia de Ciencias de China, desarrolló un electrolito sólido de óxido de polietileno, óxido de litio, lantano y circonio, y desarrolló una batería de iones de litio sólida de 2 Ah.

V. El Instituto de Física de la Academia de Ciencias de China propuso y verificó el concepto de solidificación in situ. La densidad de energía de la celda de paquete blando de 10 Ah alcanzó los 310-390Wh / kg, y la densidad de energía volumétrica alcanzó los 800-890Wh / L. La batería puede estar a temperatura ambiente de 90. Circule a ° C.

Además, la famosa era de la empresa de baterías nacionales Ningde también ha invertido en la investigación y el desarrollo de baterías de estado sólido. En la actualidad, el ciclo de la batería sólida de polímero de litio y metal en la era de Ningde ha alcanzado más de 300 semanas y la tasa de retención de capacidad ha alcanzado el 82%.

La comercialización aún debe superar muchas deficiencias

Hoy en día, el desarrollo de baterías de estado sólido está en pleno apogeo. A la larga, ¿qué tipo de desarrollo mostrará? Un experto autorizado en baterías de estado sólido dijo a China Automotive News que el desarrollo de baterías de estado sólido sigue principalmente dos rutas: una es la ruta de los polímeros; la otra es la ruta de la cerámica totalmente inorgánica, y la ruta de la cerámica totalmente inorgánica se puede dividir en direcciones de óxidos y sulfuros. En la actualidad, ambas rutas técnicas tienen carencias insuperables y no pueden comercializarse a gran escala.

Batería de estado sólido de ruta cerámica

El mayor problema de la batería de estado sólido de ruta cerámica es que la densidad de energía es relativamente baja, similar a la batería de titanato de litio en la batería existente, que tiene menos energía que el fosfato de hierro y litio y la batería de material ternario, pero se puede cargar y se descarga a gran velocidad. La densidad de energía relativamente baja hace que las baterías de estado sólido revestidas de cerámica sean menos económicas que las baterías existentes. El experto dijo a los periodistas que Japón ha estado en la ruta de la cerámica con baterías de estado sólido durante más de 10 años y tiene una vanguardia. Los 15 minutos llenos de electricidad propuestos en el informe de propaganda japonés son completamente creíbles.

Batería de polímero de estado sólido

Las baterías de polímero de estado sólido tienen densidades de energía más altas pero tasas de carga más bajas, según los informes, la resistencia interna entre los polímeros de la interfaz de la batería de estado sólido es grande y tarda más de 5 horas en cargarse completamente. También es debido a la alta densidad de energía que la carga rápida puede ser peligrosa. Debido a la gran resistencia interna, las baterías de polímero de estado sólido provocan pérdidas de energía durante la carga, lo cual es un problema que no se puede ignorar. Además, el problema más mortal con las baterías de polímero de estado sólido es la alta temperatura de carga y la baja velocidad de carga a temperatura ambiente, lo que limita las aplicaciones comerciales a gran escala. Sin embargo, la mayoría de las instituciones y empresas de investigación en China están apuntando actualmente a las baterías de polímero de estado sólido.

Desde la perspectiva del desarrollo de la tecnología global de baterías de estado sólido, China no está atrasada y es comparable a la tecnología avanzada extranjera. Cui Guanglei, investigador del Instituto de Bioenergía de Qingdao, Academia de Ciencias de China, dijo a los periodistas que la batería de estado sólido desarrollada por el equipo que dirigió llevó a cabo con éxito la demostración de la aplicación de energía en aguas profundas "Qingeng-1" en las Marianas Trench, lo que convierte a China en el segundo amo de todo el mar después de Japón, el país de la tecnología de energía de litio.

Ouyang Ming, miembro de la Academia de Ciencias de China y profesor de la Universidad de Tsinghua, también habló sobre el desarrollo de baterías de estado sólido. Él dijo:

Estados Unidos se enfoca en el desarrollo de baterías de litio de estado sólido de gran capacidad para electrolitos sólidos compuestos orgánicos-inorgánicos, con pequeñas empresas y empresas emprendedoras. Tanto Japón como Corea del Sur han desarrollado baterías de litio de estado sólido de gran capacidad que utilizan electrolitos sólidos inorgánicos, y varias empresas han introducido planes de producción en masa. La situación en China, Japón y Corea del Sur es similar. Tres países ya tienen grandes cadenas industriales de baterías de iones de litio y no quieren reinventarse.

En general, en el desarrollo de baterías de estado sólido, los electrolitos pueden seguir el camino desde el desarrollo líquido, semisólido, sólido-líquido mezclado al estado sólido, y finalmente a todo el estado sólido. En el caso del electrodo negativo, la transición del electrodo negativo de grafito al electrodo negativo de carbono de silicio. En la actualidad, China se está transformando de ánodo de grafito a ánodo de carbono de silicio, y finalmente es posible pasar a un ánodo de metal de litio. Sin embargo, existen incertidumbres técnicas en esta ruta.

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